課程設計數(shù)字秒表

1、數(shù)字秒表課程設計指導教師：設計人員：學號：0905031211組員：班級：09電儀（二）班日期：2010年12月31日目錄1、內容摘要22、設計課題任務及指標23、系統(tǒng)設計方案論證24、統(tǒng)需要的元器件35、單元電路設計3 .消抖電路3 .脈沖發(fā)生器3.微分電路：4 .上電復位電路4.二/五分頻十進制計數(shù)器74ls905 .數(shù)碼管6 .cd4511功能表66、電路圖及電路的工作原理77、組裝調試98、設計成果的評價109、課程設計的收獲、體會1010、元器件清單11數(shù)字秒表1、內容摘要：數(shù)字秒表是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對分、秒，數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于體育競賽中。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振

2、蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字秒表的精度,遠遠超過老式秒表, 秒表的數(shù)字化給人們生產生活帶來了極大的方便。本設計的數(shù)字秒表是一個將“秒”顯示給我們的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為10秒，顯示滿刻度為9.9秒。一個基本的數(shù)字秒表電路主要由消抖開關、微分電路、整形電路、信號發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。關鍵詞：脈沖發(fā)生器 計數(shù)器 譯碼顯示2、設計課題任務及指標：（1） 通過本課程的選題、方案論證、設計計算、安裝調試、資料整理、撰寫“設計報告”等環(huán)節(jié)，初步掌握電子工程設計方法和組織實施的基本技能，深化、擴展并綜合運用課堂上所學的電子電路分析設計方法以及集成電路知識完成小系統(tǒng)的電路設計。（2） 利

3、用基本sr觸發(fā)器、脈沖發(fā)生器及計數(shù)、譯碼、顯示等單元電路設計數(shù)字秒表。（3） 在實驗裝置上或者利用仿真軟件完成數(shù)字秒表的線路連接和調試。功能要求：最終實現(xiàn)秒表的計時、停止、復位功能。3、系統(tǒng)設計方案論證所作為數(shù)字式秒表，所以必須有一個數(shù)字顯示。按設計要求，須用數(shù)碼管來做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為9.9秒，那則需要兩個個數(shù)碼管。要求計數(shù)分辨率為0. 1秒，那么我們需要相應頻率的信號發(fā)生器。選擇信號發(fā)生器時，有兩種方案：一種是用晶體震蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。其核心部分使用三個74ls90計數(shù)器采用串聯(lián)方式構成（其中一個起到對50hz的分頻作用），這

4、種連接方式簡單，使用元器件數(shù)量少。cp脈沖是由555定時器構成的多諧振蕩器，產生50赫茲脈沖，如果精度要求高，也可采用石英振蕩器。在選擇譯碼器的時候，有多種選擇，74ls46，74ls47，74ls48等4-7線譯碼器。當然，為了減小設計的誤差，還需要設計在開關端設計消抖電路、微分電路、整形電路。為了滿足上電復位，還應該設計上點復位電路。系統(tǒng)框圖如下：4、單元電路設計（繪制時序圖）、參數(shù)計算和元器件選擇說明（接口要求）：.消抖電路：兩個電阻r=3k。消抖原理：具有鎖存功能所致。.脈沖發(fā)生器（由555構成的多些振蕩器）：管腳圖脈沖波形圖如下：由于頻率f=1.43/(r1+2r2)c=1hz，產生

5、10hz頻率,所以，電容c=2.2u，定值電阻r=47k，可變電阻r=100k。端口3為脈沖發(fā)生器的輸出端口。.二/五分頻十進制計數(shù)器74ls90：引腳圖和功能表： 74ls90功能： 通過不同的連接方式，74ls90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助r0（1）(2管腳)、r0（2）（6管腳）對計數(shù)器清零，借助s9（1）（6管腳）、s9（2）（7管腳）將計數(shù)器置9。其具體功詳述如下：（1） 計數(shù)脈沖從cp1輸入，qa作為輸出端，為二進制計數(shù)器。 （2） 計數(shù)脈沖從cp2輸入，qd、qc、qa作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。 （3） 若將cp2和qa相連，計數(shù)脈沖由cp1輸入，qd、q

6、c、qb、qa作為輸出端，則構成 異步8421碼十進制加法計數(shù)器。 （4） 若將cp1與qd相連，計數(shù)脈沖由cp2輸入，qa、qd、qc、qb作為輸出端，則構成 異步5421碼十進制加法計數(shù)器。 （5） 清零、置9功能。 a) 異步清零 當r0（1）、r0（2）均為“1”；s9（1）、s9（2）中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即qdqcqbqa=0000。 b) 置9功能 當s9（1）、s9（2）均為“1”；r0（1）、r0（2）中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即qdqcqbqa =1001。本設計采用的是74ls90的五分頻和十進制計數(shù)功能。其中，74ls90（1）是對50hz的脈沖信號進行五分

7、頻，實現(xiàn)輸入為10hz（0.1s），74ls90（2）、74ls90（3）實現(xiàn)十進制計數(shù)。.數(shù)碼管：七段數(shù)碼管（led）led數(shù)碼管由發(fā)光二極管組成，led數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8v左右，電流不超過30ma。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數(shù)碼管。下圖是七段數(shù)碼管（led）bs201的示意圖，圖中引腳6為vcc的為共陽數(shù)碼管，引腳6為gnd的為共陰數(shù)

8、碼管。本設計采用共陰數(shù)碼管與cd4511匹配。.3-7線譯碼器cd4511：bi：4腳是消隱輸入控制端，當bi=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 lt：3腳是測試輸入端，當bi=1，lt=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 le：鎖定控制端，當le=0時，允許譯碼輸出。 le=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0時的數(shù)值。 a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 cd4511的內部有上

9、拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。6、電路圖及電路的工作原理：電路圖如下：各部分工作原理如下：消抖電路：它是由兩個74ls00集成與非門元件構成。接在機械開關k的后面，防止開關k在打開和閉合時一些假信號竄入邏輯電路。上電復位電路：它由2.2電容和47k電阻構成。利用電容充放電可以產生脈沖，作為清零復位用。微分電路：它是由0.01u電容和1.5k電阻構成.從電容端加入的信號，經(jīng)過電容、電阻，在電阻端輸出的信號波形相當于進行了一次微分，故稱這種電路為微分電路。整形電路：它是由反相器74ls04集成非門元件構成。在信號由一端輸入，起到整形的作用。0.1秒脈沖發(fā)生器電路：它由555集

10、成定時器元件和外圍的47k電阻和2.2u電容等元件構成。調節(jié)電阻或電容的數(shù)值，可以改變脈沖發(fā)生器的輸出頻率。計數(shù)器電路：從進位制來分，有二進制計數(shù)器，十進制計數(shù)器等多種形式。在此采用的是二十進制計數(shù)器即8421編碼方式。由74ls90構成一位輸出電路。譯碼器電路：是將數(shù)碼轉換為一定的控制信號。在此由74ls48集成元件構成，它能將十個二進制數(shù)碼轉換為輸出端上的電平信號以控制顯示器。顯示器電路：有輝光數(shù)碼管和熒光數(shù)碼管等多種顯示電路。在此采用的是共陰極七段led顯示器。電路工作原理：上電時，上點復位電路產生復位信號，經(jīng)整形后，使兩個計數(shù)器清零。當?shù)谝淮伟磩娱_關k1，經(jīng)消抖電路產生一個單脈沖，輸出

11、端產生高電平，經(jīng)與門后，使0.1秒脈沖進入計數(shù)器計數(shù)，并譯碼，顯示出來。當?shù)诙伟磩娱_關k2，產生第二個單脈沖使輸出端輸出低電平，關閉與門，使計數(shù)停止。7、組裝調試：本設計采用eda電路仿真對設計電路進行了調試。在調試的過程中遇到不少的麻煩，經(jīng)過多次反復的檢查和排除，最終實現(xiàn)了部分功能。故障1：脈沖發(fā)生器（555定時器構成的多諧振蕩器）沒法實現(xiàn)0.1s的脈沖信號。原因：參數(shù)不對。排除方法：利用f=1.43/r1+2r2)c適當?shù)倪x取定值電阻、電容的大小和可變電阻的最大阻值。故障2：數(shù)碼管顯示亂碼。原因：計數(shù)器74ls90管腳接線錯誤，led數(shù)碼管的共極性弄反（按共陽極的接線方法接線）。排除方法

12、：對計數(shù)器正確接線，調整數(shù)碼管的陰陽極接線（按共陰極接線方法接線）。故障3：數(shù)碼管數(shù)字跳動頻率不均勻。原因：使能輸入信號和清零信號的波形不是規(guī)則的脈沖方波。排除方法：用示波器觀察脈沖輸出和微分電路輸出端的波形，不規(guī)則，就加一個反相器74hc04整形，同時，這樣還能達到減小誤差的目的。故障4：無法實現(xiàn)暫停的功能。原因：計數(shù)器使能端一直輸入脈沖信號。排除方法：在輸入的脈沖信號線路上，加一個開關。8、設計結果分析：通過一周的設計，總算是有了一個結果。只是方案和結果都令我不甚滿意。首先是方案，主要是是參考了老師的方案，然后按照老師的方案修改而成。最終沒有能夠實現(xiàn)上電清零功能和暫停（用兩個開關可以實現(xiàn)）

13、的功能，經(jīng)過反復的修改也沒能實現(xiàn)。只實現(xiàn)了計數(shù)和停止，雖然大體滿足了需要，但總的來說，實用性并不高。由于一周的時間太短，所以設計結果不很完善，只要在設計時間之余，下苦工夫，其它諸如上電清零、暫停、存儲、報時等共能都能夠一一實現(xiàn)。9、課程設計的收獲、體會：一周的課程設計已經(jīng)結束，留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有扎實的知識基礎，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。要有耐心和毅力。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是利用multisim 仿真，因為以前沒有學過這個軟件，只用過protel,所以其中的一部分我們要從頭學起，自行摸索的學習。在各個單元電路

14、的連接上花費了大量時間。我們在設計時做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后請老師指導了一下，這才確定了我們的電路。實習過程中，我深刻的體會到在設計過程中，要考慮到各個元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經(jīng)驗。只有這樣才能把自己的電路設計的完美。通過這次對數(shù)字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數(shù)字秒表的原理與設計理念。在此次的數(shù)字秒表設計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。在設計電路中,輸入輸出端口不一定是固定的，例如74ls90就有好幾種計數(shù)共能和分頻共能，在不同的功能下，它的輸入和輸出端口是不一樣的。再就是注意數(shù)碼管的共極性（是共陰極還是共陽極），不能將其 “ ” 與 “ ” 極接錯。比如，共陰極數(shù)碼管和74ls48接，共陽極數(shù)碼管和74ls46/74ls47接。在電路的仿真過程中出錯的主要原因都主要是接線的錯誤所引起的。接線的時候一定要細心，不要接錯，同時也要學會如何判別芯片的功能，要是芯片不具備要求的功能，或者，不匹配，即使